CN117470407A - 用于监测高压电缆连接器的温度的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
端接电缆(16)的端部(16e)的连接器(24)包括外表面(24a)，射频(RF)传感器标签(30)固定到连接器外表面(24a)并包括温度传感器(32)和天线(34)。响应于RF传感器标签(30)从远程RF阅读器(40)接收询问信号，温度传感器(32)配置为检测连接器(24)的温度并生成温度数据信号，并且天线(34)配置为将温度数据信号传输到远程RF阅读器(40)。
Description
技术领域
本发明概念总体上涉及电连接器，更具体地，涉及用于高压电缆的电连接器。
背景技术
例如，已知提供直插式、L形或T形适配器，以将高压电缆(例如，额定电压高于约1kV的电缆)连接至变压器。适配器通常在其一个臂上具有一个向内渐缩的插座，该插座是到变压器的套管上的推动装配件，并在与电缆对齐或成直角的另一个臂上接收电缆的端接端部。插座具有电触头(阳触头或阴触头)，用于与套管的触头(分别为阴触头或阳触头)配合。电缆可以是到另一个臂中的推动装配件，或者它可以在适配器的外部连接到模制在其中的端子，如欧洲专利申请公布No.87267中所公开的。通常为T形的其它适配器具有相互成直角的套管和电缆臂，以及带有与套管臂对齐的插座的另一个臂。这种另一个臂由可移除的插头封闭，该插头可以允许将电缆机械地和电气地连接到套管。
希望测量高压电缆连接器的温度，以检测连接器是否可能过热，过热可能导致故障。热电偶传统上用于测量连接器温度。不幸的是，可能难以将热电偶线连接到通电的电缆附件，因为这可能导致短路。此外，红外(IR)相机已用于测量连接器温度。不幸的是，典型的高压连接器隐藏在电缆附件的厚绝缘层下。因此，可能难以通过IR相机获得直接的温度读数。
发明内容
根据本发明概念的一些实施例，包括温度传感器和天线的射频(RF)传感器标签直接地安装到中压或高压电缆附件中的连接器。RF传感器标签联接到RF阅读器，RF阅读器安装在RF传感器标签附近，但是在电缆附件的外部。阅读器向标签提供无线电力，标签在小型机载电容器中积累和存储能量。基于NFC标准ISO/IEC 14443和ISO/IEC 18000-3的NFC协议实现了传感器标签与阅读器之间的无线通信。
根据本发明概念的一些实施例，电缆连接组件包括适配器主体和接收在适配器主体内的端接的电缆端部。电缆端部由连接器端接，连接器例如电缆接线片。RF传感器标签固定到连接器，并且包括温度传感器和天线。RF阅读器安装在适配器主体的外部上，并配置为向RF传感器标签传输询问信号。询问信号向RF传感器标签提供电力并且导致温度传感器检测连接器的温度并生成温度数据信号，并导致天线传输温度数据信号。RF阅读器配置为接收所传输的温度数据信号，并将所接收的温度数据信号传输到远程设备，例如智能电话或其他计算设备。在一些实施例中，RF阅读器可以配置为响应于接收温度数据信号来显示连接器的温度指示(例如，一种或多种颜色)。
在一些实施例中，连接器的外表面包括形成于其中的凹陷部分，温度传感器定位在凹陷部分内。凹陷部分充当容纳部以机械地保护温度传感器，并便于将电缆的端接端部插入适配器主体内。在一些实施例中，温度传感器的外表面不延伸到连接器的外表面上方。天线是固定到连接器的外表面并且顺应连接器的外表面并且定位在温度传感器附近的柔性天线。
在一些实施例中，天线包括配置为减少来自电缆的电磁干扰的屏蔽部。屏蔽部包括铁氧体层，例如镍锌铁氧体或锰锌铁氧体，以及金属材料层，例如钢。金属材料层与连接器的外表面相邻，铁氧体层在金属材料层与天线之间。
在一些实施例中，RF阅读器配置为基于连接器的温度调节询问信号的频率。
在一些实施例中，RF传感器标签配置为响应于由温度传感器检测的连接器的温度自动地调节其操作或谐振频率。
根据本发明概念的一些实施例，端接电缆端部的连接器包括外表面，RF传感器标签固定到连接器外表面并且包括温度传感器和天线。响应于RF传感器标签从远程RF阅读器接收询问信号，温度传感器配置为检测连接器的温度并生成温度数据信号，并且天线配置为将温度数据信号传输到远程RF阅读器。
在一些实施例中，连接器的外表面具有形成于其中的凹陷部分，温度传感器定位在凹陷部分内。凹陷部分充当容纳部以机械地保护温度传感器。天线是固定到连接器的外表面并且顺应连接器的外表面的柔性天线。天线包括配置为减少电磁干扰的屏蔽部。屏蔽部包括铁氧体层和金属材料层。
在一些实施例中，RF传感器标签配置为响应于由温度传感器检测的连接器的温度自动地调节RF传感器标签的操作频率。
根据本发明概念的一些实施例，提供了一种监测端接电缆端部的连接器的温度的方法。连接器由绝缘的适配器主体包围，并且RF传感器标签固定到连接器。RF传感器标签包括温度传感器和天线。该方法包括从位于适配器主体外部的RF阅读器向RF传感器标签传输询问信号，询问信号向RF传感器标签提供电力，并导致温度传感器检测连接器的温度并生成温度数据信号，并导致天线传输温度数据信号；以及在RF阅读器接收传输的数据信号。该方法可以包括将接收的温度数据信号从RF阅读器传输到远程设备。在一些实施例中，该方法可以包括响应于由温度传感器检测的连接器的温度来调节RF传感器标签的操作频率。在一些实施例中，RF传感器标签可以配置为响应于由温度传感器检测的连接器的温度自动地调节其操作频率。
本发明概念的实施例优于常规温度测量方法，因为来自电缆连接器的温度数据可以通过电缆附件的厚绝缘无线输出到位于电缆附件外部的阅读器。温度数据可以然后被发送给用户，用户可以基于所获得的温度大小、趋势和持续时间数据来决定是否修理或更换连接器。
根据本发明概念的无线温度传感器可以直接地且准确地测量中压和高压电缆附件内的连接器温度。这些传感器可以提供温度数据，温度数据可以用于检测处于过热早期阶段的连接器。这允许技术人员在故障之前修理连接器和电缆附件。因此，电力公司可以避免导致昂贵的修理和消费者的电力损失的灾难性故障和意外断电。
此外，温度传感器的设计允许RF通信技术在中压和高压电缆连接器内出现的高磁场和电场存在的情况下操作。温度感测电子器件位于连接器的外表面内加工的容纳部内，天线线圈后面的铁氧体和钢屏蔽部减少了附近金属对天线的影响。
本发明概念的低轮廓RF传感器标签不影响电缆的电绝缘或环境保护。传感器放置成与温度被测量的元件接触，并且由连接器通常具有的相同电绝缘件覆盖。没有电线或电缆破坏该未受损的绝缘件，从而维持电缆连接组件/电缆附件的环境和电气完整性。这是本发明概念优于传统温度测量技术的重要优点。本发明概念允许从电缆连接组件/电缆附件内提取信息，同时允许电缆连接组件/电缆附件保持不受干扰。此外，阅读器可以菊花链接，允许同时从三个(或更多)相收集数据，从而允许收集的数据突显相之间的差异或所有相的共同趋势。
应注意的是，关于一个实施例描述的本发明的各方面可以并入不同的实施例中，尽管未对其进行具体描述。即，所有实施例和/或任何实施例的特征可以以任何方式和/或组合来组合。申请人保留更改任何原始提交的权利要求或相应地提交任何新权利要求的权利，包括能够修改任何原始提交的权利要求以引用和/或并入任何其他权利要求的任何特征的权利，尽管原始权利要求不是那种方式。下面详细解释本发明的这些和其他目的和/或方面。
附图说明
形成说明书的一部分的附图示出了本发明概念的各种实施例。附图和描述一起用于充分地解释本发明概念的实施例。
图1是可以实施本发明概念的实施例的电缆连接组件的剖视图。
图2A和2B是根据本发明概念的一些实施例的电缆连接组件的示意图。
图3A示出了根据本发明概念的一些实施例的连接器，连接器端接电缆的端部，并包含配置为接收温度传感器的凹陷部分。
图3B示出了图3A的连接器，其中温度传感器在凹陷部分内，RF天线联接到温度传感器并固定到连接器的外表面。
图4示出了根据本发明概念的一些实施例的固定到电缆连接组件的适配器主体的RF阅读器。
图5A是根据本发明概念的RF传感器标签的一个实施例的示意图。
图5B是沿图5A中线5B-5B截取的图5A的传感器标签的侧视图。
图6是根据本发明概念的一些实施例的三个电缆连接组件的示意图。
图7是根据本发明概念的一些实施例的三相RF阅读器系统的示意图。
图8是根据本发明概念的一些实施例的用于监测端接电缆端部的连接器的温度的操作流程图。
具体实施方式
图1是可以实施本发明概念的实施例的示例性电缆连接组件10的剖视图。然而，本发明概念的实施例可以与许多不同的电缆连接组件和附件一起使用。本发明概念的实施例不限于所示的电缆连接组件10。所示的电缆连接组件10包括适配器主体12，适配器主体12配置为接收电缆16的端接端部。电缆连接组件10可以用于端接电缆16并在环境上保护电缆16，并实现电缆16与相关联的电气装备(例如开关设备、变压器等)的终端(例如套管)之间的物理和电连接。电缆16可以是例如中压(例如，在大约5与35kV之间)或高压(例如，在大约46与230kV之间)电力传输电缆。
所示的适配器主体12由弹性电绝缘材料形成，例如三元乙丙橡胶(EPDM)、氯丁橡胶或其他橡胶，并且适配器主体12呈T形，带有管状主腿部20和管状横腿部22。主腿部20和横腿部22分别限定相交的第一和第二内部通道20p、22p。金属层18模制到适配器主体12中，或者以其他方式包含在适配器主体12中，并且用作法拉第笼，法拉第笼减少了从电缆16发出的电磁干扰。
如图所示，第一通道20p配置为在其中接收电缆16中的端接端部。电缆16的端部由连接器24(例如电缆接线片)端接。第二通道22p具有截头圆锥形配置，并配置为接收电气装备(例如开关设备、变压器等)的配合截头圆锥形套管。第二通道22p包括引脚26，引脚26接合连接器24，并且配置为与电气装备套管电接触，如本领域技术人员将理解的。横腿部22的最外部分22a形成凸缘以增强到电气装备的套管上的机械连接，如本领域技术人员将理解的。
图2A和2B是根据本发明概念的一些实施例的电缆连接组件100的示意图。电缆连接组件100包括适配器主体12和接收在适配器主体12内的端接电缆端部16e，如上文参照图1所述。电缆16的端部16e由连接器24端接，例如电缆接线片。射频(RF)传感器标签30固定到连接器，并且RF传感器标签30包括温度传感器32和天线34(如图3B和图5A-5B所示)。在一些实施例中，RF传感器标签30可以配置为在高达大约150℃的温度下操作。
如本文所使用，RF用于指可以提供通信和电力的一大类无线通信接口，包括远场通信和近场通信(NFC)，其可以利用特定的通信协议。基于RF技术的传感器具有有益的属性，例如无线读出、无源(无电池)传感器操作、独特的传感器识别和机载微处理能力。NFC包括但不限于由NFC论坛行业协会定义的一组标准协议。
RF阅读器40安装在适配器主体12的外部，并配置为向RF传感器标签30(图3B)传输询问信号，这导致温度传感器32检测连接器24的温度，并生成温度数据信号。天线34配置为将温度数据信号传输到RF阅读器40。RF阅读器将接收到的温度数据信号传输到远程设备，例如智能电话或其他计算设备，用于显示和/或存储。在一些实施例中，RF阅读器40可以配置为响应于接收到温度数据信号来显示连接器24的温度指示。例如，如图6所示，RF阅读器40的一部分40d可以配置为显示一种或多种颜色，每种颜色与特定的温度范围相关联。RF阅读器40还可以包括数字显示器，并且可以配置为直接地显示连接器24的温度。然而，典型地，RF阅读器40将远离用户面向并且朝向电缆连接组件100附接的装备。
在一些实施例中，RF阅读器40经由条带、支架或其他紧固机构42安装在适配器主体12的外部，如图4所示。壳体44包含RF阅读器电路46，阅读器电路包括一个或多个处理器和收发器，处理器和收发器配置为询问传感器标签并将接收到的数据信号传输到外部设备。RF阅读器40安装在连接器24上的RF传感器标签30附近，从而可以建立NFC。RF阅读器40向RF传感器标签30提供无线电力，传感器标签在小型机载电容器中积累和存储能量。NFC协议使得RF传感器标签30与RF阅读器40之间能够以13.56MHz进行无线通信。
图3A显示了固定到高压电缆16的示例性连接器24。所示的连接器24是电缆接线片。连接器24的外表面24a包括凹陷部分25。如图3B所示，温度传感器32在凹陷部分25内，凹陷部分25充当容纳部以机械地保护温度传感器32。如图3B所示，天线34是固定到连接器24的外表面24a并且顺应连接器24的外表面24a的柔性天线。天线34定位在温度传感器32附近，并且电连接到温度传感器32。本发明概念的实施例不限于天线34的所示的形状和尺寸。天线34可以无限制地具有各种形状、尺寸和配置。
在一些实施例中，温度传感器32的外表面32a不延伸到连接器的外表面24a上方。例如，温度传感器32的外表面32a可以凹陷在凹陷部分25内，或者可以基本上与连接器24的外表面24a齐平。这允许连接器24插入适配器主体12内，而没有来自温度传感器32的机械干扰。此外，由于其灵活性，天线34可以以低轮廓的形式安装在连接器24上。这样，接收温度传感器32的凹陷部分25和天线34的柔性允许传感器标签30容易地在现有的电缆连接组件和附件下装配，而不需要修改。
在所示的实施例中，凹陷部分25具有大致矩形的形状，以匹配温度传感器32的大致矩形的形状。然而，本发明概念的实施例不限于温度传感器32或凹陷部分25的所示的形状和尺寸。每个可以具有各种形状、尺寸和配置，没有限制。
图5A是根据本发明概念的RF传感器标签30的一个实施例的示意图。图5B是沿图5A中线5B-5B截取的传感器标签30的侧视图。RF传感器标签30包括基板31、附接到基板31(图5B)的下表面31b的热感测电路32(即，温度传感器)、以及基板31的上表面31a上的天线34，天线34电联接到热感测电路32。基板31是柔性的，使得传感器标签30可以附接到连接器的外表面24a并且顺应连接器的外表面24a，该连接器例如图3A-3B中的连接器24。在一些实施例中，基板31是柔性聚合物膜，例如可从特拉华州威尔明顿的E.I.duPont de Nemours andcompany获得的膜。
参考图5B，更详细地说明了RF传感器标签30的天线34和热传感器32。天线的铜线圈34a附接到柔性基板31。天线34还包括定位在天线34与连接器24之间的柔性基板31下方的屏蔽部36。屏蔽部36配置成减少来自连接器24的电磁干扰。所示的屏蔽部36包括铁氧体层36a，例如镍锌铁氧体或锰锌铁氧体，以及金属材料层36b，例如钢或其它有适当高磁导率的材料。金属材料层36b用作铁氧体层36a的“屏蔽部”，以防止铁氧体层36a变得磁化饱和。铁氧体层36a将天线线圈34a与连接器24的磁性表面隔离开。铁氧体层36a和金属层36b通过双面胶带层36c连结在一起，另一双面胶带层36d粘附固定到金属层36b，并将天线34粘附到连接器24。
在一些实施例中，天线34和屏蔽部36的组合厚度可以约为0.65mm。其上固定有铜线圈34a的柔性膜31可以具有约为0.1mm的厚度。铁氧体层36a可以具有约为0.25mm至0.35mm的厚度，金属层36b可以具有约为0.1mm的厚度。双面胶带层36c、36d可以具有约为0.05mm的厚度。然而，各种层可以具有不同的厚度，并且本发明的实施例不限于天线34和屏蔽部36的任何层的特定厚度。
仍参照图5B，热传感器32被示出为定位在连接器24的凹陷部分25内。在图5B的实施例中，热传感器32的上表面32a在连接器24的外表面24a上方延伸。然而，应理解的是，在其他实施例中，热传感器的上表面32a可以与连接器24的外表面24a基本上齐平或从其凹陷。在一些实施例中，热传感器32的组合厚度可以是大约3.6mm。所示的热传感器32包括电路板33，电路板33包含热检测电路。热垫37在凹陷部分25中定位在电路板33与连接器24之间。热垫37确保连接器24与电路板33之间的良好导热性。热垫37帮助电路板33上的热检测电路尽可能接近地追踪连接器的温度。引脚接头38将柔性基板31连接到柔性较小的电路板33；然而，也可以利用另一类型的连接器。电容器39用于存储从RF场获得的能量。该能量使传感器标签30能够操作。在一些实施例中，电路板33具有约为0.8mm的厚度，热垫37具有约为1mm的厚度。然而，电路板33和热垫37可以具有不同的厚度，并且本发明的实施例对于电路板和热垫不限于任何特定的厚度。
RF阅读器40可以配置为基于连接器24的温度调节询问信号的频率。例如，RF阅读器40可以针对正常预期操作温度范围的上限而不是环境温度来“调谐”RF传感器标签30的谐振频率。
RF传感器标签30还可以配置为响应于由温度传感器32检测的连接器的温度自动地调节其操作频率。传感器标签30包括执行该功能的小型微处理器。
参考图6和7，多个RF阅读器40可以菊花链接，从而允许同时从三个(或更多)相收集数据，从而允许收集的数据突显相之间的差异或所有相的共同趋势。
参考图8，显示了监测端接电缆端部的连接器的温度的方法。所示的操作可以由与RF阅读器40相关联的一个或多个处理器来执行。RF阅读器40向RF传感器标签30传输询问信号(框200)。该询问信号导致温度传感器检测连接器的温度并生成温度数据信号，并导致天线传输温度数据信号。RF阅读器40接收传输的数据信号(框210)。在一些实施例中，与RF阅读器或传感器标签相关联的一个或多个处理器可以响应于连接器的温度来调节传感器标签的谐振频率(框220)。RF阅读器还可以将接收到的数据信号传输到远程设备，例如智能电话或其他计算设备用于显示(框230)。
Claims (10)
1.一种电缆连接组件(10)，包括：
适配器主体(12)；
端接的电缆端部(16e)，接收在所述适配器主体(12)内，所述电缆端部(16e)由连接器(24)端接；
射频(RF)传感器标签(30)，固定到所述连接器(24)，所述RF传感器标签(30)包括温度传感器(32)和天线(34)；以及
RF阅读器(40)，安装在所述适配器主体(12)外部上，其中所述RF阅读器(40)配置为向所述RF传感器标签(30)传输询问信号，所述询问信号向所述RF传感器标签(30)提供电力并导致所述温度传感器(32)检测所述连接器(24)的温度并生成温度数据信号，并且所述询问信号导致所述天线(34)传输温度数据信号，并且其中所述RF阅读器(40)配置为接收所传输的温度数据信号。
2.根据权利要求1所述的电缆连接组件，其中，所述连接器(24)的外表面(24a)包括凹陷部分(25)，并且其中所述温度传感器(32)定位在所述凹陷部分(25)内。
3.根据权利要求2所述的电缆连接组件，其中，所述温度传感器(32)的外表面(32a)不延伸到所述连接器(24)的外表面(24a)上方。
4.根据权利要求1所述的电缆连接组件，其中，所述天线(34)是固定到所述连接器(24)的外表面(24a)并且顺应所述连接器(24)的外表面(24a)的柔性天线。
5.根据权利要求1所述的电缆连接组件，其中，所述RF阅读器(40)进一步配置为响应于接收所述温度数据信号来显示所述连接器(24)的温度的指示。
6.根据权利要求1所述的电缆连接组件，其中，所述RF阅读器(40)进一步配置为基于所述连接器(24)的温度调节所述询问信号的频率。
7.根据权利要求1所述的电缆连接组件，其中，所述天线(34)包括屏蔽部(36)，所述屏蔽部(36)配置为减少来自所述电缆(16)的电磁干扰，其中所述屏蔽部(36)包括铁氧体层(36a)和金属材料层(36b)。
8.根据权利要求8所述的电缆连接组件，其中，所述金属材料层(36b)与所述连接器(24)的外表面(24a)相邻，所述铁氧体层(36a)在所述金属材料层(36b)与所述天线(34)之间。
9.根据权利要求1所述的电缆连接组件，其中，所述RF传感器标签(30)配置为响应于由所述温度传感器(32)检测的连接器(24)的温度调节所述RF传感器标签的操作频率。
10.一种监测端接电缆(16)的端部(16e)的连接器(24)的温度的方法，其中，所述连接器(24)被绝缘的适配器主体(12)包围，其中射频(RF)传感器标签(30)固定到所述连接器(24)，所述RF传感器标签(30)包括温度传感器(32)和天线(34)，所述方法包括：
从位于所述适配器主体(12)外部的RF阅读器(40)向所述RF传感器标签(30)传输(200)询问信号，所述询问信号向所述RF传感器标签(30)提供电力，并导致所述温度传感器(32)检测所述连接器(24)的温度并生成温度数据信号，并导致所述天线(34)传输所述温度数据信号；以及
在所述RF阅读器(40)处接收(210)传输的数据信号。
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